1 圖像API簡介?

OpenGL （Open Graphics Library) 是一個(gè)跨平臺(tái)威蕉、跨編程語言的編程圖形程序接口的诵，他講計(jì)算機(jī)的資源抽象為一個(gè)個(gè)OpenGL的對(duì)象莫绣，對(duì)這些資源的操作抽象為一個(gè)個(gè)的OpenGL指令

OpenGL ES （OpenGL For Embedded Systems）是OpenGL三維圖形API的子集喧枷，針對(duì)手機(jī)材泄、PDA和游戲主機(jī)等嵌入式設(shè)備而設(shè)計(jì)沮焕，去除了許多不必要和性能較低的API接口

DirectX 是由很多API組成的，DirectX并不是一個(gè)單純的圖形API拉宗，最重要的是DirectX是屬于Windows上一個(gè)多媒體處理框架峦树，并不支持Windows以外的平臺(tái)，所以不是跨平臺(tái)框架簿废，按照性質(zhì)分類空入，可以分為四大部分：顯示部分、聲音部分族檬、輸入部分和網(wǎng)路部分

Metal： Apple為游戲開發(fā)者推出了新的平臺(tái)技術(shù)Metal歪赢，該技術(shù)能為3D圖像提高10倍的渲染性能，Metal是Apple為了解決3D渲染而推出的框架单料。

2 OpenGL專業(yè)名詞解析

OpenGL狀態(tài)機(jī)

狀態(tài)機(jī)描述了一個(gè)對(duì)象在其生命周期內(nèi)所經(jīng)歷的各種狀態(tài)埋凯，狀態(tài)間的轉(zhuǎn)幣，發(fā)生轉(zhuǎn)變的動(dòng)因扫尖，條件以及轉(zhuǎn)變中所執(zhí)行的活動(dòng)白对。或者說换怖，狀態(tài)機(jī)是一種行為甩恼，說明對(duì)象在其生命周期中響應(yīng)事件所經(jīng)歷的狀態(tài)序列以及對(duì)那些狀態(tài)事件的響應(yīng)。

記憶功能沉颂，能記錄當(dāng)前狀態(tài)

可以接收輸入条摸，根據(jù)輸入的內(nèi)容和自己的原先狀態(tài)，修改自己當(dāng)前狀態(tài)铸屉，并且可以有對(duì)應(yīng)輸出

當(dāng)進(jìn)入特殊狀態(tài)（停機(jī)狀態(tài)）的時(shí)候钉蒲，不在接收輸入，停止工作

OpenGL 上下文

在應(yīng)用程序調(diào)用任何OpenGL指令之前彻坛，需要首先創(chuàng)建一個(gè)openGL的上下文顷啼。這個(gè)上下文是個(gè)非常龐大的狀態(tài)機(jī)踏枣，保存了OpenGL中的各種狀態(tài)，是OpenGL指令執(zhí)行的基礎(chǔ)

OpenGL的函數(shù)是類似C語音的面向過程的函數(shù)钙蒙，本質(zhì)都是對(duì)OpenGL上下文這個(gè)狀態(tài)機(jī)的某個(gè)狀態(tài)或者對(duì)象進(jìn)行操作茵瀑，前提是要把這個(gè)對(duì)象設(shè)置為當(dāng)前對(duì)象。

在應(yīng)用程序中仪搔，創(chuàng)建多個(gè)不同的上下文瘾婿，在不同線程中使用不同的上下文蜻牢，上下文直接共享紋理烤咧、緩沖區(qū)等資源。

渲染

將圖形/圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成3D空間圖像的操作? (將圖像顯示繪制到屏幕上的過程? 解碼圖片->渲染）

頂點(diǎn)數(shù)組和頂點(diǎn)緩沖區(qū)

頂點(diǎn)數(shù)據(jù)就是圖像顯示在屏幕某個(gè)位置的信息抢呆。OpenGL中的圖像是有圖元組成煮嫌。在OpenGL ES中，有三種圖元：點(diǎn)抱虐、線昌阿、三角形。在調(diào)用繪制方法的時(shí)候恳邀，直接由內(nèi)存?zhèn)魅腠旤c(diǎn)數(shù)據(jù)懦冰，也就是說這部分?jǐn)?shù)據(jù)之前是存儲(chǔ)在內(nèi)存當(dāng)中的，被稱為頂點(diǎn)數(shù)組谣沸。

而性能更高的做法是刷钢，提前分配一塊顯存，將頂點(diǎn)數(shù)據(jù)預(yù)先傳到顯存當(dāng)中乳附，這部分顯存就被稱為頂點(diǎn)緩存去内地。

頂點(diǎn)指的是我們?cè)诶L制一個(gè)圖形時(shí)，它的頂點(diǎn)位置數(shù)據(jù)赋除。而這個(gè)數(shù)據(jù)可以直接存儲(chǔ)在數(shù)組中或者蔣祺緩存到GPU內(nèi)存中阱缓。

頂點(diǎn)數(shù)組? -- 頂點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到內(nèi)存中

頂點(diǎn)緩沖區(qū) -- 訂單數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到GPU顯存中

管線

在OpenGL下渲染圖形，會(huì)經(jīng)歷一個(gè)一個(gè)的節(jié)點(diǎn)举农，這樣的操作就可以理解管線荆针。顯卡在處理數(shù)據(jù)的時(shí)候，是按照一定的順序來的颁糟，而且嚴(yán)格按照這個(gè)順序執(zhí)行航背。就像誰從一根管子的一端流到另一端，順序不能被打破

固定管線/存儲(chǔ)著色器

在早期的OpenGL版本滚停，封裝了很多種著色器程序塊沃粗，內(nèi)置的一段包含了光照、坐標(biāo)變換键畴、剪裁等諸多功能的固定shader程序完成最盅，來幫助開發(fā)者完成圖形渲染突雪。而開發(fā)者只需要傳入響應(yīng)的參數(shù)，就能快速完成圖形的渲染涡贱。類似于iOS會(huì)封裝很多API咏删，我們只需要調(diào)用就能實(shí)現(xiàn)功能，不需要關(guān)注底層實(shí)現(xiàn)原理问词。

但是由于OpenGL使用的場景非常豐富督函，固定管線或存儲(chǔ)著色器無法完成每一個(gè)業(yè)務(wù)。這是將相關(guān)部分開放為可編程

著??程序Shader?

將固定渲染管線架構(gòu)變成可編程渲染管線激挪。因此辰狡，OpenGL在實(shí)際調(diào)用繪制函數(shù)之前，還需要指定一個(gè)由shander編譯成的著色器程序垄分。

常見的著色器：

? ? 頂點(diǎn)著色器 VertexShader

? ? 片元著色器/像素著色器 FragmentShader

? ? 幾何著色器 GeometryShader

? ? 曲面細(xì)分著色器 TessellationShader

OpenGL在處理shader時(shí)宛篇，和其他編譯器一樣，通過編譯薄湿、鏈接等步驟叫倍，生產(chǎn)著色器程序（glProgram），著色器程序同時(shí)包含了頂點(diǎn)著色器和片元著色器的運(yùn)算邏輯豺瘤。在OpenGL進(jìn)行繪制的時(shí)候吆倦，首先由頂點(diǎn)著色器對(duì)傳入的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算；在通過圖元裝配坐求，將頂點(diǎn)轉(zhuǎn)換為圖元蚕泽；然后進(jìn)行光柵化，將圖元這種矢量圖形轉(zhuǎn)換為柵格化數(shù)據(jù)瞻赶；最后將柵格化數(shù)據(jù)傳入片元著色器進(jìn)行運(yùn)算赛糟。片元著色器會(huì)對(duì)柵格化數(shù)據(jù)中的每一個(gè)像素進(jìn)行運(yùn)算，并決定像素的顏色砸逊。

頂點(diǎn)著色器 VertexShader

頂點(diǎn)著色器是OpenGL中用于計(jì)算頂點(diǎn)屬性的程序璧南。

一般用來處理圖形每個(gè)頂點(diǎn)變換[旋轉(zhuǎn)/平移/投影]

頂點(diǎn)著色器是逐頂點(diǎn)運(yùn)算的程序，也就是說每個(gè)頂點(diǎn)數(shù)據(jù)都會(huì)執(zhí)行一次頂點(diǎn)著色器师逸，當(dāng)然這是并行的司倚，并且頂點(diǎn)著色器運(yùn)算過程中無法方位其他頂點(diǎn)的數(shù)據(jù)

一般來說典型的需要計(jì)算的訂單屬性主要包括頂點(diǎn)坐標(biāo)變換、逐頂點(diǎn)光照運(yùn)算等等篓像。頂點(diǎn)坐標(biāo)由自身坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到歸一化坐標(biāo)系的運(yùn)算动知，就是在這里發(fā)生的。

片元著色器 FragmentShader

片元著色器是OpenGL中用于計(jì)算片元（像素）顏色的程序员辩。

一般用來處理圖形中每個(gè)像素點(diǎn)顏色的計(jì)算和填充

片元著色器是逐像素運(yùn)算的程序盒粮，也就是說每個(gè)像素都會(huì)執(zhí)行一次片元著色器，當(dāng)然也是并行的奠滑。

GLSL（OpenGL Shading Language）

OpenGL著色語音（OpenGL Shading Language）是用來在OpenGL中著色編程的語音丹皱，即開發(fā)人員寫的短小的自定義程序妒穴，他們是在圖形卡的GPU(Graphic Processor Unit圖形處理理單元)上執(zhí)行的，代替了固定的渲染管線的一部分摊崭，使渲染管線中的不同層次具有可編程性讼油。比如視圖轉(zhuǎn)換、投影轉(zhuǎn)換等呢簸。GLSL的著色器代碼分為兩個(gè)部分：VertexShader頂點(diǎn)著色器和FragmentShader 片元著色器

光柵化 Rasterization

光柵化就是把頂點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為片元的過程矮台。片元中的每一個(gè)院隊(duì)對(duì)應(yīng)幀緩沖區(qū)中的一個(gè)像素。

光柵化包含了兩部分工作

1 決定窗口坐標(biāo)中的哪些整形柵格區(qū)域被基本圖元占用

2 分配一個(gè)顏色值和一個(gè)深度值到各個(gè)區(qū)域根时。

紋理

紋理可以理解為圖片瘦赫。大家在渲染圖形時(shí)需要在其編碼填充圖片，這里使用的圖片就是紋理啸箫。在OpenGL我們更習(xí)慣叫紋理耸彪，而不是圖片伞芹。

混合（Blending）

在測試階段之后忘苛，如果像素依舊沒有被剔除，那么像素的顏色將會(huì)和幀緩存區(qū)中的顏色附著上的顏色進(jìn)行混合唱较，混合的算法可以通過OpenGL的函數(shù)進(jìn)行指定扎唾。 但是OpenGL提供的混合算法是有限的，如果需要更加復(fù)雜的混合算法南缓，一般可以通過像素著色器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)胸遇，當(dāng)然性能會(huì)比原生的混合算法差一些。

變換矩陣 Transformation

圖形想發(fā)生平移汉形、縮放纸镊、旋轉(zhuǎn)變換，就需要使用變換矩陣

投影矩陣 Projection

用于將3D坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為二維屏幕坐標(biāo)概疆，實(shí)際線條也將在二維坐標(biāo)下進(jìn)行繪制

投影方式 正投影&透視投影

正投影（平行投影）：圖片繪制不管遠(yuǎn)近逗威，1:1進(jìn)行繪制， 顯示2D圖形

透視投影：遠(yuǎn)小近大效果? 顯示3D圖形